文章目錄

• 一、GPS網
• • 1、概述
  • 2、GPS網的建立過程
• 二、GPS測量中的幾個基本概念
• 三、GPS網的基準設計
• • 1、基準設計的內容
  • 2、起算數據的選取與分布
• 四、GPS網的布網形式

一、GPS網

1、概述

GPS網是采用GPS定位技術建立的測量控制網，由GPS點和基線向量所構成。

建立GPS網的直接目的是為了確定網中各點在指定坐標參照系下的坐標，這些點既可以用于測量控制，也可以用于形變監測，及環境科學和地球科學的研究。構成網絡后可利用GPS網中點與點、基線向量與基線向量以及點與基線向量間的各種幾何關系，通過參數估計的方法，可以消除由觀測值或起算數據中所存在的誤差所引起的網在幾何上的不一致，從而獲得更為精確可靠的測量結果。
GPS網施測的基本外業觀測單元是一個由多臺GPS接收機進行同步觀測的時段，每進行一個時段的同步觀測，就生成一個由同步觀測基線所組成的同步圖形。在進行GPS網的施測時，由于待測點的數量往往要遠多于用來進行觀測的GPS接收機數量，而且每個點通常也不僅只設站觀測一次，因而需要采用逐步推進的作業方法，通過多個時段的同步觀測來完成對網中所有點的觀測，最終GPS網由所有這些同步圖形所構成。

2、GPS網的建立過程

GPS網的建立過程分為3個階段：設計準備、施工作業和數據處理。
（1）設計準備
GPS網設計準備階段主要進行的工作有項目規劃、方案設計、施工設計、測繪資料收集、選點埋石和儀器檢測等。

（2）測量實施
實地了解測區情況、根據測區的地理位置及最新的衛星歷書數據，對衛星狀況進行預報，作為選擇合適觀測時間段的依據，確定作業方案，進行外業觀測，數據傳輸備份，基線解算及其質量控制。

（3）數據處理
對外業觀測所得到的基線向量進行質量檢驗，并對由合格的基線向量所構建成的GPS網進行平差，得出網中各點的坐標成果。

二、GPS測量中的幾個基本概念

（1）觀測時段
從測站上開始接收衛星信號起至停止觀測間的連續工作時間段稱為觀測時段。時段是GPS測量觀測工作的基本單元，不同精度等級的GPS測量對每點觀測的時段數及時段長度均有不同的要求。

（2）同步觀測
同步觀測是指兩臺或兩臺以上的GPS接收機同時對同一組衛星信號進行觀測。只有進行同步觀測，才有可能通過在接收機間求差的方式來消除或大幅度削弱衛星星歷誤差、衛星鐘鐘誤差、電離層延遲等影響。

（3）基線向量
基線向量是利用進行同步觀測的GPS接收機所采集的觀測數據計算出的接收機間的三維坐標差，簡稱基線，與計算時所采用的衛星軌道數據同屬一個坐標參照系。

（4）復測基線及其長度較差
在某兩個測站間，由多個時段的同步觀測數據所獲得的多個基線向量解結果稱為復測基線。兩條復測基線的分量較差的平方和開方稱為復測基線的長度較差。

（5）閉合環及環閉合差
閉合環是由多條基線向量收尾相連所構成的閉合圖形，環閉合差是組成閉合環的基線向量按同一方向的矢量和。

（6）同步觀測環和同步環檢驗
同步觀測環是三臺或三臺以上的GPS接收機進行同步觀測所獲得的基線向量構成的閉合環。

（7）獨立基線向量
若一組基線向量中的任何一條基線向量皆無法用改組中其他基線向量的線性組合來表示，則該組基線向量就是一組獨立的基線向量。

（8）獨立觀測環
獨立觀測環是指由獨立基線所構成的閉合環，即非同步觀測環。

三、GPS網的基準設計

1、基準設計的內容

GPS網的基準是確定網的幾何屬性的依據，包括位置基準、尺度基準和方位基準三類。指定GPS網所采用的坐標參照系和起算數據的工作稱為GPS網的基準設計。
（1）坐標參照系設計
GPS網所采用的坐標參照系可根據布網的目的用途而定。
（2）位置基準設計
GPS網的位置基準取決于網中的起算點的坐標和平差方法，確定網的位置基準一般采用下列方法：

• 選取網中一個點的坐標，并加以固定或給以適當的先驗精度。
• 網中各點坐標均不固定，通過自由網偽逆平差或擬穩平差來確定網的位置基準。
• 在網中選取若干個點的坐標，并加以固定或給以適當的先驗精度。
  （3）尺度基準設計
  尺度基準是由GPS網中的基線來提供的，這寫基線可以是地面測距邊或已知點間的固定邊，也可以是GPS網中的基線向量。
  （4）方位基準設計
  方位基準一般由網中的起始方位角來提供，也可由GPS網中的各基線向量共同來提供。

2、起算數據的選取與分布

（1）起算點的選取與分布
在建立GPS網時，起算點的選取與分布應按以下要求進行：

• 若要求所建立的GPS網的成果與舊成果吻合最好，則起算點數量越多越好。
• 若不要求所建立的GPS網的成果完全與舊成果吻合，則一般選3 ~ 5個起算點，用于實現基準的轉換和必要檢核。
• 為保證整網的點位精度均勻，起算點一般應均勻地分布在GPS網的周圍。

四、GPS網的布網形式

GPS網的布網形式是指在建立GPS網時觀測作業的方式，包括網的點數與參與觀測的接收機數的比例關系、觀測時段的長短、觀測時段數以及在觀測作業期間接收機所處的地位等。現有的布網形式有跟蹤站式、會戰式、多基準站式、同步圖形擴展式和單基準站式。
（1）跟蹤站式
在跟蹤站式的布網形式中，所采用的接收機數量通常與網的點數相同，即每個點上設置一臺接收機。這些接收機長期固定安放在測站上進行常年、不間斷的觀測，且所有接收機的地位是對等的，沒有主次之分。

由于在采用跟蹤站式的布網形式進行觀測作業時，接收機在各個測站上進行了不間斷的連續觀測，觀測時間長，數據量大，而且在數據處理時，一般采用精密星歷，因此采用此種形式所建立的GPS網具有極高的精度和可靠性。但觀測和運行成本很高。

跟蹤站式布網形式一般用于建立A級網，如IGS跟蹤站網、中國大陸構造環境監測網絡。

（2）會戰式
在建立GPS網時，一次組織多臺GPS接收機，幾種在一段不太長的時間內，共同作業，所有接收機在若干天的時間里分別在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測，在完成一批點的測量后，所有接收機又都遷移到另外一批點上進行相同方式的觀測，直至所有的點觀測完畢。

由于各基線均進行過較長時間、較多時段的觀測，采用會戰式布網所建立的GPS網可較好地削弱軌道誤差、大氣折射和多路徑效應等，具有很高的精度和可靠性，但該布網形式一次需要的接收機數量較多，觀測成本也較高。一般適用于建立B級網。

（3）多基準站式
在多基準站式的布網形式中，若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上作為基準站進行長時間的觀測；與此同時，另外一些接收機則在這些基準站覆蓋范圍內進行網觀測模式或點觀測模式的測量。

在該形式中，由于各個基準站間進行了長時間觀測，因而可獲得高精度、搞可靠性的基線向量。適用于建立B、C、D、E級網。

（4）單基準站式
單基準站式的布網方式有時又稱為星形網方式，它是以一臺接收機作為基準站，在某個測站上連續開機觀測，其余的接收機在此基準站觀測期間，在其周圍流動。單基準站式的布網方式效率很高，但可靠性較低。

總結

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